Само слово макромолекула образовано из греческого слова дословно makros и дословно переводится как большая молекула. Термин впервые опубликован в трудах нобелевского лауреата Германа Штраудингера в 1922 г. В литературе встречаются и слова-заменители – полимерная молекула, молекула полимера, высокомолекулярное вещество или мегамолекула. В научной интерпретации макромолекула – это молекула с большой массой, состоящая из многократно повторяющихся разнородных или одинаковых групп атомов (звеньев), соединенных химическими связями в единую цепочку. Количество атомов в одной макромолекуле доходит до нескольких миллионов. Принято считать макромолекулой вещества с молекулярной массой свыше 500-1000 а.е.м. Примеры макромолекул - полимеры, полисахариды, белки, ДНК и РНК.
Важнейшее свойство макромолекулы - способность проявлять гибкость (изменять форму) под действием тепловой энергии и внешнего механического воздействия. Однако конфигурация макромолекулы отражает ее структуру и изменяется только при разрыве связи на химическом уровне.
Классификация макромолекул
По молекулярной массе макромолекулы:
- низкомолекулярные (до 500 а.е.м.)
- высокомолекулярные (от 5000 а.е.м.)
По происхождению макромолекулы:
- природные (белки, каучуки, ДНК)
- синтетические (полученные в процессе синтеза из низкомолекулярных веществ, например, полиуретаны, полиолефины, полиамиды, полиэфиры и т.д.)
- искусственные (получают переработкой природных полимеров, например, целлюлозы)
По химическому составу:
- органические (цепь образована атомами углерода)
- элементоорганические (цепь имеет в составе атомы углерода)
- неорганические (в цепи отсутствуют атомы углерода, как привило, цепь образуют оксиды)
По строению:
- линейные (вытянутая в линию цепь)
- разветвленные (цепь с боковыми ветвями)
- сетчатые (трехмерные сшитые сетки из макромолекул)
По структуре:
- кристаллические (с устойчивой упорядоченной трехмерной структурой)
- аморфные (не структурированные)
По способу переработки:
- термопластичные (при нагревании приобретают вязкотекучие свойства, а при охлаждении вновь превращаются в твердое тело, например, полиэтилен или полипропилен)
- термореактивные (при нагревании структура разрушается без перехода в вязкотекучее состояние, например, полиуретан или эпоксидные смолы)
Конформация макромолекул
Конформация – это характеристика геометрического расположения атомов макромолекулы в пространстве (упорядоченности), которое зависит от валентных углов и длин связей, и упаковки цепей макромолекулы, которая, в свою очередь, зависит от сил межмолекулярных взаимодействий. Так одна макромолекула может иметь некоторое количество конформаций, т.е. пространственных структур. Это связанно с тем, что на длинных участках под действием теплового движения меняются ориентации связей. В результате длинная молекулярная цепь приобретает статистическую форму клубка (как спутанные нити). Наиболее плотная конформация называется глобулой. Образованию такой конформации сопутствуют силы межмолекулярного притяжения.
Макромолекула пенополиуретана (полиуретана)
Макромолекула пенополиуретана (ППУ) представляет собой гетероцепной полимер, состоящий преимущественно из уретановых групп, но содержащий также функциональные группы простых и сложных полиэфиров, амидных, мочевинных и даже ароматических групп. Соотношение и наличие этих групп в составе макромолекулы определяет набор физико-химических свойств конечного ППУ-продукта. Так элементы полиэфира в цепи макромолекулы придают ППУ эластичность, а уретановые и ароматические включения придают жесткость. Ароматические группы обуславливают повышение физико-механических свойств и стойкости к повышенной температуре.
По классификации макромолекулу ППУ относят к высокомолекулярным, синтетическим, элементоорганическим, сетчатым, преимущественно аморфным, термореактивным макромолекулам.
Особенностью макромолекул полиуретана является возможность регулировать количество поперечных связей, силу межмолекулярных взаимодействий и гибкость структуры. Это дает колоссальный простор для получения различных свойств конечного продукта из полиуретана от волокон и эластомеров, до жестких вспененных пластмасс.
Сродство строения и свойств макромолекул пенополиуретана с макромолекулами тканей некоторых органов человека делает его одним из самых востребованных материалов медицинского назначения. Уже сегодня ППУ применяется для производства медицинских нитей, протезов, специальных бинтов и т.д.
Дополнительно по данной теме смотрите:
